激光散射测量喷嘴液雾特性的研究

本文概括介绍了近期来我们对激光测雾技术本身的研究结果,包括液雾特性(索太尔平均直径、液滴尺寸分布指数)随喷嘴压力降的变化,液雾特性随空气流速的影响,遮光率随喷油流量(喷嘴压力降)变化的经验概括式,遮光率对所测液雾特性的影响,所测液雾特性随激光束的轴向位置、径向位置及角向位置的变化等。本文最后指出了在激光散射测雾技术上急需解决的一些问题。     

喷咀雾化液滴尺寸分布的研究

本文试验研究了喷嘴压力降、空气流速、燃油性质对液雾尺寸分布(以罗辛—拉姆勒分布中的尺寸分布参数N为代表)的影响。结果表明,液雾的质量中间直径(MMD)和尺寸分布参数N将随着喷嘴压力降、空气流速、燃油性质而变化;液雾尺寸分布参数N随平均直径的降低而降低。根据大量的试验数据和严格的数学推导得出,液雾质量中间直径与索太尔平均直径之比(MMD/SMD)并不是常数,而是随着液雾尺寸分布参数N而单调地变化。比值MMD/SMD可以用来描述不同液雾尺寸分布的均匀性。     

脉冲激光显微/全息测雾及其数字图象自动化处理

液体燃料的雾化尺寸分布对研究燃烧过程起了很重大的作用。在各种测量液雾尺寸的方法中,激光脉冲显微/全息测雾技术是值得推广应用的。本文叙述了这种方法的技术及潜力。在判读方法中,本文采用计算机数字图象处理方法,扩大了所提供的有价值的测量结果,提高了数据处理的精度和速度。文章对这种方法与人工判读方法进行了比较,肯定了作者采用的计算机数字图象自动化处理方法的优越性和现实性。     

喷嘴雾化研究

本文概括本试验室所完成的喷嘴雾化研究成果,重点放在最近几年来在国际学术性刊物上和国际学术会议上发表的研究文章,包括基础性的研究,如液滴尺寸分布、液雾特性随喷嘴下游空间的变化、初始雾化的研究;应用性的研究,如高反压下的喷嘴雾化、超音速气流中的雾化等;也包括激光测雾技术的研究。     

简单直射式喷嘴在均匀横向气流中喷雾特性的试验研究

本文对简单直射式喷嘴在均匀横向气流中,喷雾特性随空气速度、喷嘴压降和喷孔直径的变化进行了试验研究。在均匀流场中,试验结果表明这些影响因素是相关的。在经验关系式中,这些项的指数不是常数。根据大量的试验数据,推导出索太尔平均直径的经验关系式如下: SMD∞Va~(-1.59-0.0044ΔP_f-0.1d)·ΔP_f~(-0.13-0.025d+0.34Mα)·d~(0.36-0.55Mα-0.0032ΔP_f) 对于小孔径喷嘴,尺寸分布指数N(R-R分布)随着空气速度的增加,先减小到某一最小值后,又开始增大,而对于大孔径喷嘴,N值随空气速度增加而不断下降。随着孔径和喷嘴压降的增加,N值总是下降的。 试验证明,简单直射式喷嘴在横向气流中的雾化特性是压力露化特性(在低空气流速时)和空气雾化特性(在高速气流流速时)的综合。     

氧浓度对低压空气流中燃油液雾点火的影响

在取自现有航空发动机燃烧室的点火预燃室上,试验研究了加氧对点火的改进。两种加氧方式一均匀加氧和局部加氧,都进行了研究。结果表明,加氧显著地改善了低压下的点火性能。局部加氧更好地发挥了加氧的作用。试验表明,燃油液雾蒸发百分数过低是造成点火性能差的原因。基于点火的热理论,导出了一个半经验半分析的方程,可以预计加氧对最大点火气流速度的相对增大。这方程可以很好地概括试验数据。形成一个具有适当氧浓度的滞止区是设计具有加氧的点火系统的最重要的考虑。     

空气雾化喷咀的雾化研究

本文对空气雾化喷嘴的喷雾特性(即雾化细度及雾化尺寸分布指数)进行了试验研究。研究的喷嘴包括三种主喷口面积;三种供液槽道面积;二种副油路旋流器的扭角。研究参数包括,气/液比r、空气流速、轴向距离和主、副油路同时打开时的相互作用。 试验表明:液雾质量中间直径(MMD)与[1 (r)~(-1)]~(0.5)以及V_a~(-0.8)成正比例。在同样空气流速下雾化尺寸分布指数n随气/液比的增大而增大;在同样气/液比下,随空气流速增大而降低。主副油路同时工作时的相互影响将改善空气雾化喷嘴的雾化细度,同时也引起雾化尺寸分布指数的减小。对所试验的喷嘴,完成雾化的距离大致在30mm;雾化尺寸分布指数随轴向距离而增大。 本试验的结果为空气雾化喷嘴的设计和发展提供了非常有用的试验依据。     

气泡雾化喷嘴水平喷射的雾化特性研究

研究了水平喷射、端面注气方式的气泡雾化喷嘴结构及工作参数对雾化及流场特性的影响.试验全部在常温常压下进行,液体采用水,雾化气为压缩空气.用2D PDA测量了液雾的平均直径尺寸分布和速度分布.液体喷射压力变化范围200~600 kPa,气液比变化范围4%~10%左右.试验研究了端面注气方式下,注气孔孔径及数目、混合管长度、液体流动状态及工作参数对雾化特性的影响.结果表明,水平喷射的气泡喷嘴,注气孔的尺寸及数目均对雾化特性产生影响;混合段存在一最佳值范围,在此范围内,喷嘴可获得高的雾化质量;液体旋转流动对雾化特性无显著影响,但可影响两相流动中气泡的分布.     

130nm体硅反相器链的单粒子瞬态脉宽特性研究

针对130 nm体硅反相器链,利用脉冲激光和重离子实验研究了目标电路单粒子瞬态（SET）的脉宽特性,并分析了电路被辐射诱发的SET脉宽特性受激光能量、重离子线性能量传递（LET）值、PMOS管栅长尺寸等因素的影响机制。重离子和脉冲激光实验结果类似,均表现为随激光能量、LET值的增加,电路被辐射诱发的SET脉宽逐步增大,且表现出明显的双（多）峰分布趋势,但辐射诱发的SET脉冲个数呈先增加再减少规律。此外,实验结果表明,在不同激光能量、LET值下,PMOS管栅长尺寸影响反相器链SET脉冲的特征不同。当激光能量、LET值较低时,PMOS管栅长尺寸大的电路产生的SET脉宽较大,而当激光能量、LET值较大时,PMOS管栅长尺寸小的电路反而产生更宽的SET脉冲。分析表明,较高激光能量、LET辐照时,寄生双极放大效应被触发可能是导致PMOS管栅长尺寸影响电路SET特征差异的主要原因。      

歼击机座舱空气流动和传热模拟实验

对某型歼击机座舱的空气流动和传热进行了全尺寸地面模拟实验.模拟了气动热载荷和人体热载荷,并使用ATM2400型36通道多点气流和温度测量系统测量了5个测试面的速度场以及其中两个测试面和邻近服装表面的温度场.观察了供气流量和集中喷嘴开关对舱内空气流动状态和温度分布的影响,评价了该座舱的舒适性.结果表明:舱内速度场 并非相对座舱纵向中心面对称分布,而座舱内壁面温度分布亦极不均匀;集中喷嘴全开和全关时,舱内气流速度场和温度场及邻近服装表面空气温度的分布情况差别显著,但对舱内气流平均速度和平均温度的影响不大;舱内气流平均速度随供气量呈线性变化.实验结果可为数值模拟提供验证依据.     

基于Surface Evolver的推进剂贮箱气液界面分析

推进剂贮箱是航天器系统的重要部件，用于实现推进剂的管理与输运.在空间微重力条件下，贮箱内部液面呈弯曲状，掌握其液面分布特性是保证贮箱正常工作的前提.针对球形推进剂贮箱，采用Surface Evolver软件对其内部气液自由界面分布特性展开研究，分析充液比、接触角、Bond数等参数对贮箱液面的影响，得到液面分布随各参数的变化规律.研究结果表明，球形贮箱液面曲率随充液比的增大而增大，随接触角或Bond数的增大而减小.研究结果有助于实现推进剂贮箱液面快速分析，为贮箱及推进剂管理装置设计提供参考.      

振动与冲击传感器的温度响应校准

振动与冲击传感器的灵敏度(校准系数)、阻尼比和谐振频率均为温度的函数。灵敏度随温度变化的特性称之为温度响应。从分析目前传感器温度响应测试方法存在的问题入手,着重介绍了将激光测振应用于温响校准的实施方法、原理和校准装置的技术性能。     

激光光谱法尿素水溶液液膜多参数同步测量

对溶液液膜温度、厚度和浓度进行定量分析对与之相关的工业过程至关重要,对其机理的研究中它们互相耦合,而传统的测量方法只能实现液膜的温度、厚度和浓度的单独测量。本文基于比尔-朗伯定律,提出一种尿素水溶液液膜的温度、厚度和浓度同步测量新方法,通过结合3个波长1 420、1 488和1 531 nm的激光,建立了尿素水溶液液膜的温度、厚度和浓度的同步反演模型。在此基础上,利用1 mm温控样品池验证了该方法的测量精度,结果表明,该方法测量尿素水溶液液膜厚度的平均误差为0.51%,液膜温度的平均误差为2.59%,液膜浓度的平均误差为6.32%。     

减压直流非转移弧等离子体射流速度的静电探针测量

组建了一套利用静电探针诊断技术测量减压直流非转移弧等离子体射流速度的实验系统。对以纯氩为工质的等离子体,在气流量1．25×10^-1kg/s、弧电流80A、真空室压力165Pa的条件下,测量了射流的速度及其分布。结果表明射流在发生器出口处中心最高速度约为1200m／s,在半径20mm处减小到635m／s。沿射流轴线方向的速度梯度约为10（ms^-1）／mm。射流速度随着弧电流增加而缓慢单调增加;当真空室压力从165Pa提高到2kPa时,发生器出口轴线上的射流速度从1200m／s降至570m／s。     

减压直流等离子体射流电子温度的双静电探针测量

建立了一套双静电探针诊断系统,用于检测在气流量为4．2slm、弧电流为80A、真空室压力为165Pa的条件下纯氩直流非转移弧等离子体射流的电子温度及其分布。结果表明：发生器出口处射流中心的电子温度约为14500K,射流中电子温度随离开发生器出口的轴向或径向距离的增加而单调降低;径向电子温度梯度约为263K／mm,轴向电子温度梯度为69K／mm;射流中电子温度随弧电流增加而单调上升。     

DMFC内部气液两相流动与电性能的短时落塔实验研究

利用国家微重力实验室落塔提供的短时微重力实验环境,对常重力和微重力条件下直接甲醇燃料电池(DMFC)内部的气液两相流动形态和相应电性能等的影响进行了实验研究,发现在微重力条件下,DMFC阳极流道内CO₂气泡速度很小,气泡尺寸随着时间的推移而不断长大,甚至堵塞流道;流道堵塞现象随电流增大而急剧强化.电性能曲线显示,在浓差极化区存在显著的重力效应,电性能的恶化随浓差极化程度的加强而增大.      

火焰稳定器截面燃油浓度分布的测量

本文研究了用电保温取样感头和连续取样的燃气分析方法在高速气流中测量火焰稳定器截面燃油浓度分布的试验技术。测定了稳定器截面气流速度与方向,修正了气流方向对取样精度的影响。确定了测量稳定器截面燃油浓度分布的等流动取样方法。取样总误差为±5％的量级。     

搅拌流内大振幅界面波特性研究

针对竖直管内不同工况下气液两相搅拌流内的大振幅界面波特征参数(波形、波幅、波长和频率等)及运动特性进行了实验研究,系统分析了流动参数对大振幅界面波特征参数及运动特性的影响规律。结果表明:由于重力和气流剪切力在大振幅界面波不同运动阶段的影响程度不同,大振幅界面波在运动过程中存在与气流先逆向后同向的运动特点,证明了液泛现象普遍存在于搅拌流内,揭示了造成搅拌流液膜振荡剧烈的原因;搅拌流内,大振幅界面波波形符合正态分布函数特征,且波幅较环状流内扰动波波幅大,但是波幅和波长变化趋势与环状流内扰动波变化趋势相似,即波幅和波长随着气速的增大而减小,随液量的增大而增大,且当气速较小时,临界波幅随着液量的增加逐渐趋于定值;而大振幅界面波平均产生频率随气速和液速的增大而增大。     

上升气泡与塑料平板在纯水中的碰撞黏附行为

为了揭示气泡尺寸和表面疏水性对塑料浮选过程的影响规律,采用高速摄影技术观测上升气泡与塑料平板在纯水介质中的碰撞黏附行为。根据气泡速率的变化情况,将碰撞黏附行为细分为碰撞、液膜排液、三相接触线扩散等3个阶段,基于图像处理技术定量分析了气泡碰撞形变、黏附时间、三相接触线扩散特性及其影响因素。结果表明:变形因子随气泡直径的增大由略大于1.00逐渐演化为略小于1.00,疏水性强的塑料平板使相同直径气泡的变形因子更大,碰撞时间随气泡直径的增大而增加,随疏水性的增加而减小。塑料平板疏水性越强,形成三相接触所用时间越短,当气泡直径为1.0 mm时,聚四氟乙烯（PTFE）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）平板的液膜排液时间均出现极小值,分别为4.8 ms和56 ms。三相接触线扩散时间随气泡直径的增大而增大,随塑料平板疏水性的增大而减小,在气泡直径大小相同时,三相接触线扩散直径随塑料平板疏水性的减小而减小。      

密封汽流激振下转子动力特性的时域分析

针对汽轮机转子偏心导致的汽流激振问题和静偏心模型在转子动力特性研究中的缺陷，采用动网格技术模拟转子真实的三维涡动，在时域上对转子的动力特性进行研究。结果表明:转子涡动时，汽流激振力及其动力系数在时域上随位移呈三角函数变化，且径向力的方向随转子中心位置的变化发生改变。偏心率、涡动速度、自转速度和压比均影响转子动力特性。额定工况下，偏心率每增加10%，径向力与切向力平均增加约25~35 N。随着涡动速度的增大，切向力朝负方向增加，而直接阻尼和交叉阻尼减小。随着压比的增加，径向力增大而切向力减小。在一定范围内，较大的自转速度会使最大激振力的绝对值减小。